-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
/
Copy pathE2.cpp
376 lines (356 loc) · 14 KB
/
E2.cpp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
//
// Created by Dmitriy on 01.07.2019.
//
#include "E2.h"
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include "BigInteger.h"
#include <string>
#include <cmath>
#include <cstring>
#define encrypt 1
#define decrypt 0
#define BYTES_OF_DATA_BLOCK 16
//Таблица замен
uint8_t SBOX[256] = {225, 66, 62, 129, 78, 23, 158, 253, 180, 63, 44, 218, 49, 30, 224, 65,
204, 243, 130, 125, 124, 18, 142, 187, 228, 88, 21, 213, 111, 233, 76, 75,
53, 123, 90, 154, 144, 69, 188, 248, 121, 214, 27, 136, 2, 171, 207, 100,
9, 12, 240, 1, 164, 176, 246, 147, 67, 99, 134, 220, 17, 165, 131, 139,
201, 208, 25, 149, 106, 161, 92, 36, 110, 80, 33, 128, 47, 231, 83, 15,
145, 34, 4, 237, 166, 72, 73, 103, 236, 247, 192, 57, 206, 242, 45, 190,
93, 28, 227, 135, 7, 13, 122, 244, 251, 50, 245, 140, 219, 143, 37, 150,
168, 234, 205, 51, 101, 84, 6, 141, 137, 10, 94, 217, 22, 14, 113, 108,
11, 255, 96, 210, 46, 211, 200, 85, 194, 35, 183, 116, 226, 155, 223, 119,
43, 185, 60, 98, 19, 229, 148, 52, 177, 39, 132, 159, 215, 81, 0, 97,
173, 133, 115, 3, 8, 64, 239, 104, 254, 151, 31, 222, 175, 102, 232, 184,
174 ,189, 179, 235, 198, 107, 71, 169, 216, 167, 114, 238, 29, 126, 170, 182,
117, 203, 212, 48, 105, 32, 127, 55, 91, 157, 120, 163, 241, 118, 250, 5,
61, 58, 68, 87, 59, 202, 199, 138, 24, 70, 156, 191, 186, 56, 86, 26,
146, 77, 38, 41, 162, 152, 16, 153, 112, 160, 197, 40, 193, 109, 20, 172,
249, 95, 79, 196, 195, 209, 252, 221, 178, 89, 230, 181, 54, 82, 74, 42};
//функция возвращает 64 битное число типа uint64_t из массива из 8 элементов типа uint8_t
uint64_t uint8touint64(uint8_t* v4){
uint64_t temp1=0;
for (int i=0; i<8; ++i)
temp1 = (temp1 << 8) | v4[i];
return temp1;
}
//функция записывает в d массив из 4 элементов типа uint8_t на основе 32битного числа типа uint64_t
void uint32touint8(uint32_t c, uint8_t* d){
for (int i=0; i<4 ;++i)
d[i] = ((uint8_t*)&c)[3-i];
}
//функция возвращает 32 битное число типа uint64_t из массива из 4 элементов типа uint8_t
uint32_t uint8touint32(uint8_t* v4){
uint32_t i32 = v4[3] | (v4[2] << 8) | (v4[1] << 16) | (v4[0] << 24) ;
return i32;
}
//функция записывает в res массив из 8 элементов типа uint8_t на основе 64битного числа типа uint64_t
void uint64to8uint8(uint64_t x, uint8_t *res){
for (int i=0; i<8 ;++i)
res[i] = ((uint8_t*)&x)[7-i];
}
//BP(X)
void BP(uint8_t *x, uint8_t *res1){
for(int i = 0; i<16; i++){
res1[i] = x[(5*i)%16];
}
}
void operation1( uint8_t *x64, uint8_t *y64, uint8_t *u64){
int num_of_bytes = 4;
uint32_t x[num_of_bytes];
uint32_t y[num_of_bytes];
uint32_t u[num_of_bytes];
for (int j = 0; j < num_of_bytes ; ++j) {
x[j] = uint8touint32(x64+4*j);
y[j] = uint8touint32(y64+4*j);
}
for (int i = 0; i < num_of_bytes; ++i) {
uint32_t z = y[i];
if (z%2 == 0){
z++;
}
u[i] = (uint32_t)(x[i]*z);
}
for (int k = 0; k < num_of_bytes; ++k) {
uint32touint8(u[k], u64+k*4);
}
}
//расширенный алгоритм Евклида
uint64_t gcdex(uint64_t a, uint64_t b, uint64_t &x, uint64_t &y) {
if (b == 0) {
x = 1;
y = 0;
return a;
}
uint64_t x1, y1;
uint64_t d1 = gcdex(b, a % b, x1, y1);
x = y1;
y = x1 - (a / b) * y1;
return d1;
}
// функция для нахождения мультипликативного обратного к a по модулю N на основе расширенного алгоритма Евклида
uint64_t ReverseElement(uint32_t a, uint64_t N, uint64_t &result) {
uint64_t x, y, d;
d = gcdex(a, N, x, y);
if (d != 1) {
return 1;
} else {
result = x;
return 0;
}
}
void operation2(uint8_t *x64, uint8_t *y64, uint8_t *w64){
int num_of_bytes = 4;
uint32_t x[num_of_bytes];
uint32_t y[num_of_bytes];
uint32_t w[num_of_bytes];
for (int j = 0; j < num_of_bytes ; ++j) {
x[j] = uint8touint32(x64+4*j);
y[j] = uint8touint32(y64+4*j);
}
for (int i = 0; i < num_of_bytes; ++i) {
uint32_t z = y[i];
if (z%2 == 0){
z++;
}
uint64_t pow_2_to_32 = 0x0000000100000000;
uint64_t x_1;
ReverseElement(z, pow_2_to_32, x_1);
w[i] = (uint32_t) (x[i]*x_1);
}
for (int k = 0; k < num_of_bytes; ++k) {
uint32touint8(w[k], w64+k*4);
}
}
//BP^-1(X)
void BPInv(uint8_t *x, uint8_t *res1){
for(int i = 0; i<16; i++){
res1[i] = x[(13*i)%16];
}
}
//S(X) производится подстановка из таблицы замен
uint64_t S(uint64_t X){
uint64_t res = 0;
uint64_t tempX = X;
for(int i = 0; i<8; i++){
auto first = (uint8_t)(_rotr64(tempX, 56-8*i));
res ^= SBOX[first];
res = _rotl64(res, 8*(7-i));
}
return res;
}
//P(X)
uint64_t P(uint64_t X){
uint64_t res = 0x000000000000000;
uint8_t y[8];
uint8_t x[8];
uint64to8uint8(X, x);
y[7] = x[7]^x[3]; y[6] = x[6]^x[2]; y[5] = x[5]^x[1]; y[4] = x[4]^x[0];
y[3] = x[3]^x[5]; y[2] = x[2]^x[4]; y[1] = x[1]^x[7]; y[0] = x[0]^x[6];
y[7] = y[7]^y[2]; y[6] = y[6]^y[1]; y[5] = y[5]^y[0]; y[4] = y[4]^y[3];
y[3] = y[3]^y[7]; y[7] = y[2]^y[6]; y[1] = y[1]^y[5]; y[0] = y[0]^y[4];
res = uint8touint64(y);
return res;
}
//циклический сдвиг влево на 8 бит
uint64_t lrot(uint64_t a){
//обычный сдвиг влево на 8 бит
uint64_t b = _rotl64(a, 8);
//в с хранятся первые 8 бит, а сдвинуты в последние 8 разрядов
uint64_t c = _rotr64(0xFF00000000000000&a, 56);
return b^c;
}
//раундовая функция
uint64_t F(uint64_t R, const uint64_t *roundk){
return lrot(S(P(S(R^roundk[0]))^roundk[1]));
}
void G( uint64_t *X, uint64_t U, uint64_t *L, uint64_t *Y, uint64_t V){
for (int i = 0; i < 4; ++i) {
Y[i] = P(S(X[i]));
// cout<<X[i]<<" "<<Y[i]<<" "<<S(X[i])<<endl;
}
//cout<<endl;
L[0] = Y[0] ^ P(S(U));
for (int j = 1; j < 4; ++j) {
L[j] = P(S(L[j-1]));
}
V = L[3];
}
//генерирует раундовые ключи
void generate_round_keys( uint8_t *key, uint8_t round_keys[16][16], int key_size_bytes){
uint64_t g = 0x0123456789abcdef;
uint64_t K[4];
K[0] = uint8touint64(key); K[1] = uint8touint64(key+4);
if(key_size_bytes == 16){
K[2] = S(S(S(g))); K[3] = S(K[2]);
} else if(key_size_bytes == 24){
K[2] = uint8touint64(key+8); K[3] = S(S(S(S(g))));
} else if(key_size_bytes == 32){
K[2] = uint8touint64(key+8); K[3] = uint8touint64(key+12);
}
uint64_t L[4] = {0, 0, 0, 0};
uint64_t Y[4] = {0, 0, 0, 0};
uint64_t U = g;
uint64_t new_U = U;
G(K, U, L, Y, new_U);
U = new_U;
int p = 0;
uint8_t q[32][8];
for(int i = 0; i<8; i++){
uint64_t Y_new[4] = {0, 0, 0, 0};
G(Y, U, L, Y_new, new_U);
for (int k = 0; k < 4; ++k) {
Y[k] = Y_new[k];
}
U = new_U;
for (int j = 0; j < 4; ++j) {
uint64to8uint8( L[j], q[4*i+j]);
}
}
for(int i = 0; i<8; i++){
for (int k = 0; k < 16; ++k) {
round_keys[2*i+1][k] = q[2*k][p];
round_keys[2*i][k] = q[2*k+1][p];
}
p++;
}
}
//функция осуществляющая шифрование/расшифрование 128 блока данных с данным ключом
void crypt(int mode, uint8_t *input_text, uint8_t *key, int key_size_bytes){
const int key_bytes = 16;
const int num_of_keys = 16;
//генерация раундовых ключей
uint8_t round_keys[num_of_keys][key_bytes];
uint8_t round_keys_decr[num_of_keys][key_bytes];
generate_round_keys(key, round_keys, key_size_bytes);
//вывод раундовых ключей в консоль
// for (int m = 0; m < num_of_keys; ++m) {
// for (int i = 0; i < key_bytes; ++i) {
// cout<<round_keys[m][i]<<" ";
// }
// cout<<endl;
// }
if(mode == decrypt){
//в случае расшифрования - другая последательность раундовых ключей
for (int i = 0; i < 12 ; ++i) {
for (int j = 0; j < key_bytes; ++j) {
round_keys_decr[i][j] = round_keys[11-i][j];
}
}
for (int i = 12; i < 16 ; ++i) {
for (int j = 0; j < key_bytes; ++j) {
round_keys_decr[i][j] = round_keys[15-(i-12)][j];
}
}
for (int i = 0; i < num_of_keys ; ++i) {
for (int j = 0; j <key_bytes ; ++j) {
round_keys[i][j] = round_keys_decr[i][j];
}
}
}
//Начальное преобразовавие (M = BP((M+K13)op2 K14))
uint8_t tempM[BYTES_OF_DATA_BLOCK];
for (int k = 0; k < key_bytes; ++k) {
tempM[k] = input_text[k]^round_keys[12][k];
}
operation1(tempM, round_keys[13], tempM);
uint8_t tempM2[16];
BP(tempM, tempM2);
//12 раундов шифрования по схеме Фейстеля
uint64_t L = uint8touint64(tempM2);
uint64_t R = uint8touint64(tempM2+8);
for (int i = 0; i < 11; ++i) {
uint64_t cur_key[2];
cur_key[0] = uint8touint64(round_keys[i]);
cur_key[1] = uint8touint64(round_keys[i]+8);
L ^= F(R, cur_key);
swap(L,R);
}
uint64_t cur_key[2];
cur_key[0] = uint8touint64(round_keys[11]);
cur_key[1] = uint8touint64(round_keys[11]+8);
L ^= F(R, cur_key);
//Заключительное преобразование
uint64to8uint8(L, tempM2);
uint64to8uint8(R, tempM2+8);
uint8_t tempM3[16];
BPInv(tempM2, tempM3);
operation2(tempM3, round_keys[14], tempM3);
for (int l = 0; l < BYTES_OF_DATA_BLOCK; ++l) {
tempM3[l] ^= round_keys[15][l];
}
//запись результата в выходной массив
for (int l = 0; l < BYTES_OF_DATA_BLOCK; ++l) {
input_text[l] = tempM3[l];
}
}
//Функция реализующая режим шифрования - режим сцепления блоков .
void Block_chaining_mode(int mode, uint8_t* data, uint8_t* key, uint8_t* init_vector, int Size, uint8_t* result, int len_of_key_bytes){
//длина блока данных
int bytes_data_block = BYTES_OF_DATA_BLOCK;
uint8_t F[bytes_data_block];
for (int m = 0; m < bytes_data_block; ++m) {
F[m] = init_vector[m];
}
//количество блоков данных
int num_of_blocks = Size / bytes_data_block + 1;
// если размер текста кратен размеру блока и блоков не ноль
if(Size%bytes_data_block == 0 && num_of_blocks != 0 ) {
num_of_blocks--;
}
//data temp - копия data , но с размером кратным размеру блока (дополненный с конца 0 в случае необходимости)
uint8_t data_temp[num_of_blocks*bytes_data_block];
memset(data_temp, 0, sizeof(data_temp));
for (int m = 0; m <= Size; ++m) {
if (m!= Size){
data_temp[m] = data[m];} else{
//добавление битовой еденицы после окончания сообщения
data_temp[m] = 0x80;
}
}
//массив содержащий элементы из data, разбитые на 128 битные блоки
uint8_t temp_res[num_of_blocks][bytes_data_block];
if (mode == encrypt){
for (int i = 0; i < num_of_blocks; i++) {
//Pi+Fi (сложение по модулю 2) Pi - блок открытого текста , здесь data.
for(int k = 0; k< bytes_data_block; k++){
temp_res[i][k] = data_temp[k+bytes_data_block*i]^F[k];
}
//шифрование - Ci = crypt(Pi+Fi)
crypt(encrypt, temp_res[i], key, len_of_key_bytes);
//обновление F. Fi = F(i-1)+C(i-1)(сложение по модулю 2)
for (int j = 0; j < bytes_data_block; j++) {
F[j] ^= temp_res[i][j];
}
}
} else{//расшифрование
for (int i = 0; i < num_of_blocks; i++) {
uint8_t temp_res_2[bytes_data_block];
//заполение temp_res зашифрованными данными из data
for(int k = 0; k< bytes_data_block; k++){
temp_res[i][k] = data_temp[k+bytes_data_block*i];
//записывается копия Ci
temp_res_2[k] = temp_res[i][k];
}
//расшифрование temp_res , т.е. D(Ci)
crypt(decrypt, temp_res[i], key, len_of_key_bytes);
//Pi = D(Ci)+Fi (сложение по модулю 2)
for (int l = 0; l < bytes_data_block; l++) {
temp_res[i][l] ^=F[l];
}
//обновление F. Fi = F(i-1)+C(i-1)(сложение по модулю 2)
for (int j = 0; j < bytes_data_block; j++) {
F[j] ^= temp_res_2[j];
}
}
}
//запись полученных значений в выходный массив result
for (int i = 0; i < num_of_blocks; ++i) {
for (int k = 0; k <bytes_data_block ; ++k) {
if(i*bytes_data_block + k < Size) {
result[k + bytes_data_block * i] = temp_res[i][k];
}
}
}
}